книги / Производство сварных конструкций (Изготовление в заводских условиях)

Размер

Назначение

Характеристика припуска припуска,

припуска

мм

1,0

шва

•ограничения толщины разрезаемых элементов до 40 мм;

•громоздкость и сложность оборудования, высокая стои­ мость режущего инструмента;

•при механической резке происходит исчерпание пла­ стичности в поверхностных слоях зоны реза и, возможно, появ­ ление трещин на кромках. В тех случаях, когда после резки пре­ дусмотрена операция гибки в направлении поперечном относи­ тельно поверхности кромки, необходимо предварительно уда­ лить строжкой нагартованные слои на кромках.

•детали сложной конфигурации с небольшими радиусами закругления механическими способами вырезать можно только

сиспользованием методов штамповки.

Термические способы резки лишены большинства недостат­ ков, характерных для механических способов. Их преимущест­ вами являются:

•возможность резки малоуглеродистых сталей практиче­ ски любой толщины;

•возможность вырезки деталей любой конфигурации;

•относительная простота и компактность оборудования;

•возможность автоматизации.

К недостаткам термических способов резки следует отметить следующее:

•относительно низкая производительность; .

•не все материалы одинаково хорошо поддаются резке;

•после резки образуются остаточные напряжения;

•сравнительно низкое качество поверхности реза.

В заготовительном производстве объемы применения терми­ ческих и механических способов резки примерно одинаковы: на

61

долю механических способов приходится 40-^45 %.

В производстве сварных конструкций применяют следующие виды ножниц (рис. 3.5): гильотинные листовые с наклонным ножом (рис. 3.5а), двухдисковые с наклонными ножами (рис. 3.5г). однодисковые с наклонным ножом, многодисковые (рис. 3.5д), ножницы для резки уголка (рис. 3.5 е), швеллеров и дву­ тавров (рис. 3.5ж), пресс-ножницы (рис. 3.56, в) комбинирован­ ные сортовые с ручным и механизированным приводом.

Гильотинные и дисковые ножницы применяются для резки листового проката. Первые обеспечивают более высокую произ­ водительность, вторые позволяют осуществлять непрерывную резку заготовок неограниченной длины, что особенно важно при использовании полосового и рулонного проката.

Рис. 3.5. Схемы резки на ножницах различных типов: а) гильо­ тинные ножницы: б, в) комбинированные сортовые г) двухдис­ ковые с наклонными ножами; д) ножницы многодисковые; е)

ножницы для резки уголка швеллеров и двутавров; ж) прессножницы комбинированные сортовые 1 - нижний ноле; 2 - раз­ резаемый материал; 3 - прижим; 4 - верхний ноле; 5 -упор.

62

Ножницы многодисковые предназначены для продольной обрезки боковых кромок и роспуска рулонного материала на полосы. Они применяются в крупносерийном и массовом произ­ водстве.

Для резки швеллеров и двутавров используют ножницы, у кото­ рых нож совершает три движения (рис. 3.5ж): прокалывает стенку и за счет колебательного движения поочередно разрезает полки.

На комбинированных пресс-ножницах можно резать полосу, круг, квадрат, уголок, тавр, швеллер и двутавр. Пресс-ножницы позволяют осуществлять операции пробивки отверстий в листо­ вых и фасонных заготовках.

Для резки тонколистового металла представляют интерес пресс-ножницы (просечные станки) с числовым программным управлением движения двухкоординатного стола относительно матрицы и пуансона.

Конструкция ножниц предусматривает возможность быстрой смены пары матрица и пуансон, установленных на револьвер­ ную головку, что позволяет быстро изменять профиль контура реза. Совместная работа координатного стола и револьверной головки позволяют за счет шагового перемещения листа между пуансоном и матрицей осуществлять непрерывную резку (кон­ турную вырубку) металла по сложному контуру, что .придает просечным станкам большую универсальность и дает им неос­ поримое преимущество в мелкосерийном производстве.

Процесс механической резки на ножницах основан на упру­ гопластическом деформировании и скалывании металла под давлением ножа, в результате чего на кромке металла возможно исчерпание запаса пластичности и образование трещин. Именно по этой причине механическую резку на гильотинных и сорто­ вых ножницах, а также на штампах не следует выполнять при изготовлении деталей:

•из сталей с нормативным пределом текучести более 350 МПа;

•толщиной более 25 мм из сталей с нормативным пределом текучести более 275 МПа;

•толщиной более 16 мм из сталей с нормативным пределом текучести 285-350 МПа.

Механическую резку листового проката на гильотинных ножницах и штампах запрещается производить при изготовле­ нии деталей из любых марок стали:

63

• конструкций I и II групп1 в соответствии с классифика­ цией СНиП Н-23-81*, работающих на растяжение, продольные кромки которых после сборки и сварки остаются свободными, в том числе стыковых накладок;

• фасонок стропильных и подстропильных ферм, пролет­ ных строений транспортерных галерей, а также фасонок прочих конструкций группы I в соответствии с классификацией СНиП И-23-81 *.

Кромки деталей после механической резки не должны иметь трещин, расслоений, заусенцев и завалов более 1 мм.

Применение механической резки допускается без ограниче­ ний, если после резки производится механическая обработка кромок на величину не менее 0,2 толщины листового проката.

Отрезные станки применяют для резки труб, фасонного сор­ тового материала. На отрезных станках можно резать материал большего сечения, чем на ножницах, а качество резки более вы­ сокое. Однако трудоемкость резки на отрезных станках значи­ тельно выше, чем при резке на ножницах. Поэтому отрезные станки применяют для резки профилей, которые невозможно резать на ножницах. Например, для резки труб больших сече­ ний, профилей под углом или в случаях, когда необходимо обес­ печить высокую точность резки. В производстве деталей свар­ ных конструкций применяются отрезные станки с дисковыми пилами, трубоотрезные станки, а также станки с абразивными отрезными кругами.

Термическая резка применяется для листового металла сред­ них и больших толщин и труб большого диаметра. С помощью термической резки может производиться как прямолинейная,

1 СНиП Н-23-81* предполагает деление строительных стальных конструкций на четыре группы в зависимости от ответственности и условий работы:

Группа I. Сварные конструкции либо их элементы, работающие в особо тя­ желых условиях или подвергающиеся непосредственному воздействию ди­ намических, вибрационных или подвижных нагрузок

Группа II. Сварные конструкции либо их элементы, работающие при стати­ ческой нагрузке (растянутые, растяну го-изгибаемые и изгибаемые элементы)

Группа III. Сварные конструкции либо их элементы, работающие при стати­ ческой нагрузке (сжатые и сжато-изгибаемые элементы)

Группа IV. Вспомогательные конструкции зданий и сооружений

64

так и фигурная резка металла толщиной до 300 мм и более. Основными видами термической резки являются: кислород­

ная (газовая) и плазменно-дуговая (плазменная).

Кислородная резка применяется для малоуглеродистых и низколегированных сталей толщиной от 5 до 300 мм.

Плазменно-дуговая резка применяется для:

•малоуглеродистых и низколегированных сталей толщи­ ной 2^28мм;

•коррозионностойких сталей толщиной до 60-80мм;

•алюминиевых сплавов;

•меди и ее сплавов.

Термическая резка может производиться вручную и на ма­ шинах. Машинная резка позволяет вырезать детали с высокой точностью, исключая трудоемкие операции разметки, обеспечи­ вая высокую производительность, и поэтому является одним из наиболее прогрессивных технологических процессов. Универ­ сальные машины для термической, кислородной и плазменно­ дуговой резки могут иметь следующие конструктивные схемы исполнения: портальные, портально-консольные и шарнирные.

После термической резки кромки деталей должны быть очи­ щены от грата.

Кромки листовых деталей конструкций, остающиеся после сборки и сварки свободными и работающие на растяжение, должны иметь шероховатость поверхности не более 0,3 мм. До­ пускается наличие отдельных мест на кромках деталей, не отве­ чающих указанным требованиям, а также выхватов, не выводя­ щие размер детали за пределы допусков, исправленных плавной зачисткой абразивным кругом или заваркой по специальной технологии с последующей зачисткой мест исправления абра­ зивным кругом, перемещаемым вдоль кромки.

В последние годы интенсивное развитие получила лазерная резка. По сравнению с традиционными методами в области раскроя листо­ вого проката (штамповкой, газопламенной и плазменной резкой), лазерная резка обладает рядом неоспоримых преимуществ:

•высокая скорость;

•идеальная поверхность реза;

•отсутствие необходимости дополнительной обработки;

•высокая производительность процесса;

65

•экономия материала благодаря малой ширине реза;

•незначительная зона термического воздействия;

•изготовление изделий любой сложности в единичных экзем­ плярах благодаря использованию цифровых систем управления;

•высокая повторяемость сложных изделий в любых коли­ чествах;

•отсутствие деформации материала;

•используя возможности лазерной резки, можно раскроить по сложному кошуру практически любой листовой материал;

•отсутствует механическое воздействие на обрабатываемый материал.

В основе лазерной обработки лежит тот факт, что лазерный луч можно сконцентрировать на поверхности материала в пятно диамет­ ром в десятые дож миллиметра. Если при этом лазер обладает доста­ точной мощностью, то происходит расплавление, испарение мате­ риала. Обычно в станках для резки перемещается лазерный резак над неподвижным материалом с помощью координатного стола с число­ вым программным управлением.

В основном для обработки материалов используются два класса лазеров: твердотельные и газовые. Наиболее распространенные твер­ дотельные лазеры на неодимовом стекле и итгрий-алюминиевом гра­ нате с длиной волны около 1 микрона и газовые углекислотные лазе­ ры с длиной волны около 10 микрон.

В промышленности наиболее распространенным технологиче­ ским процессом лазерной обработки является резка стальных листов

толщиной до 20 мм (алюминиевых до 10 мм) по сложному контуру. Ее применяют для вырезки таких деталей, как прокладки, кронштей­ ны, панеж, приборные щитки, двери, декоративные решетки, диско­ вые пилы. Весьма эффективным оказалось применение лазерной рез­ ки фигурных изделий на стадии освоения новой продукции, так как из-за высокой гибкости лазерного оборудования значительно сокра­ щаются сроки освоения новых изделий.

В связи с расширением номенклатуры конструкционных ма­ териалов, в частности, увеличением объема применения неме­ таллических материалов и металлов со специальными свойства­ ми, появились способы резки, использующие абразивные мате­ риалы в виде сформованных абразивных инструментов или по­ рошков. Наибольшее распространение получили абразивные

66

облегчает удаление из зоны реза расплавленного металла и ту­ гоплавких фракций, что значительно расширяет возможности кислородной резки в отношении качества резки таких конструк­ ционных материалов, как, например, аустенитные стали, медные

иалюминиевые сплавы и др.

Вконце прошлого века появилась новая технология резки с использованием абразивного порошка - гидроабразивная резка.

Впроцессе резки водяной струей с абразивом вода выполняет функцию носителя. Резка осуществляется за счет съема мате­ риала, вызываемого ударением твердых частиц. Схема процесса гидроабразивной резки (ГРА) показана на рис. 3.6.

Сфокусированная водяная струя с абразивом прорезает в заго­ товке узкую щель. Во время резки водяная струя с абразивом с постоянной скоростью резки проводится по заготовке. Процесс разрезания происходит в результате эрозионного воздействия на материал высокоскоростного потока твёрдых частиц. Скорость процесса эрозии зависит от кинетической энергии частиц, механи­ ческих свойств разрезаемого материала, угла атаки, формы частиц.

Вкомплекс для водоструйной резки входят: насос высокого давления; режущая головка; координатный стол и приводы пе­ ремещений режущей головки, управляемые системой числового программируемого управления; система разводки высокого дав­ ления и подачи абразива.

Давление воды составляет 200...400МПа (2000-4000 ати),

диаметр сопла - 1,0... 1,5 мм, размер абразивных частиц - 0,2...0,25 мм.

Данный способ позволяет разрезать детали толщиной до 150 мм, при максимально возможной толщине 300 мм.

Благодаря высокой точности и качеству поверхности резки, детали, как правило, не требуют дополнительной обработки.

Наиболее перспективным является применение гидроабра­ зивной резки для получения деталей из аустенитных сталей, ти­ тановых и алюминиевых сплавов, для которых применение тра­ диционных методов резки вызывает определенные технологиче­ ские трудности.

Применение микропроцессорных систем управления движе­ нием инструмента и высокая точность резки позволяют полу­ чать детали со сложным контуром. Примеры деталей, вырезан­ ных данным способом, показаны на рис 3.7.

68

исключают деформацию заготовки, оплавление и пригорание материала в прилегающей зоне.

Таблица 3.3.

Скорость гидроабразивной резки различных материалов в мм/мин

•Позволяет обрабатывать сложный профиль с любым ра­ диусом закругления более 0,1-3,0 мм.

•Молено получать поверхность деталей с шероховатостью Ra 0,5-1,5 мкм.

•Экономичность процесса. Скорость резания - высокая. Малая ширина реза (1...3 мм) позволяет экономить дефицитные материалы при их раскрое. Среднее потребление воды в абразив- но-жидкостном режущем устройстве невелико - около 3-4 л/мин.

•Доступность. Использование таких относительно недо­ рогих компонентов, как вода и кварцевый песок в качестве абра­ зива, делает процесс доступным.

•Универсальность установки, позволяющая резать на од­ ной установке самые разнообразные материалы;

•Возмоясность резки заготовок, состоящих из различных материалов (например: резина + железо + пластик).

Для оптимизации выбора способа резки необходимо четко представлять, что является приоритетной целью выбора: прин­ ципиальная возможность резки данного материала; скорость резки; точность резки; исключение механического или теплово­ го воздействия на деталь в процессе резки; наибольшая универ­ сальность установки; минимальный уровень вредных воздейст-

70